(57)【要約】【課題】より容易に金属の水素脆化が抑制できるようにする。【解決手段】第１工程Ｓ１０１で、処理対象の金属構造体の表面で水に溶解することで、水素イオンの存在下で還元反応を起こす化合物を用意し、第２工程Ｓ１０２で、用意した化合物を金属構造体の表面に付着させる。このように、上述した特性を持つ化合物を対象となる金属構造体の表面に付着させることで、水分が存在する状態になるなど、金属構造体表面における水素イオンの還元反応が起こる状態になると、付着した化合物も還元反応を起こす状態となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象の金属構造体の表面で水に溶解することで、水素イオンの存在下で還元反応を起こす化合物を用意する第１工程と、
前記化合物を前記金属構造体の表面に付着させる第２工程と
を少なくとも備えることを特徴とする金属中への水素侵入抑制方法。
【請求項２】
請求項１記載の金属中への水素侵入抑制方法において、
前記化合物は、オキソ酸の塩であることを特徴とする金属中への水素侵入抑制方法。
【請求項３】
請求項２記載の金属中への水素侵入抑制方法において、
前記オキソ酸の塩は、亜硝酸ナトリウムであることを特徴とする金属中への水素侵入抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材などの金属中への水素侵入を抑制する金属中への水素侵入抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼などの金属は、ある使用環境において水素を含むと延性が失われ、強度が著しく低下する（非特許文献１参照）。この現象は、水素脆化と呼ばれている。多くの研究者は、金属の水素脆化を抑制するために、金属への水素侵入抑制技術を検討してきた。例えば、表面にニッケルを濃化させた鋼材がある。ニッケルには、水もしくは水素イオンの還元により金属表面に吸着した水素の再結合反応を促進し、外部環境に放出する効果があるため、吸着した水素が金属内部に侵入する量を低減することができる（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】南雲  道彦、「鋼の力学的挙動に及ぼす水素の影響」、鉄と鋼、Tetsu-to-Hagane、Vol.90、No.10、pp.766-775, 2004．
【非特許文献２】白神  哲夫、「鉄鋼材料における水素脆化」、材料と環境、ｖｏｌ．６０、Ｎｏ．５、２３６−２４０頁、２０１１年。
【非特許文献３】荒牧國次、「腐食抑制剤の作用( その2 )」、材料と環境，ｖｏｌ．５６，Ｎｏ．７、２９２−３００頁、２００７年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、まず、金属に添加物を加え、また、熱処理を加えることで金属の水素脆化を抑制する技術では、金属の力学的な物性も変化する。このため、このような技術では、高い耐水素脆化特性を必要とする力学特性を併せ持つ金属を開発することが容易ではない。添加物の添加および熱処理自体も手間を要するものである。また、設備にすでに組み込まれている金属を新しい金属に置き換えることは、困難であり、水素脆化が進行していると予想される金属に対しては、一部更改しなければならない。これらのように、上述した技術では、金属の水素脆化を防止することが、容易ではないという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より容易に金属の水素脆化が抑制できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る金属中への水素侵入抑制方法は、処理対象の金属構造体の表面で水に溶解することで、水素イオンの存在下で還元反応を起こす化合物を用意する第１工程と、化合物を金属構造体の表面に付着させる第２工程とを少なくとも備える。例えば、化合物は、オキソ酸の塩であればよく、例えば、亜硝酸ナトリウムであればよい。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明したことにより、本発明によれば、より容易に金属の水素脆化が抑制できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における金属中への水素侵入抑制方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における金属中への水素侵入抑制方法の効果確認の実験に用いた装置の構成例を示す構成図である。
【図３】図３は、水素侵入側の電極電位の変化に対する水素検出側で検出された水素透過電流密度の変化を示す特性図である。
【図４】図４は、水素侵入側の電極電位の変化に対する水素侵入効率の変化を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における金属中への水素侵入抑制方法を説明するフローチャートである。この方法は、まず、第１工程Ｓ１０１で、処理対象の金属構造体の表面で水に溶解することで、水素イオンの存在下で還元反応を起こす化合物を用意する。例えば、亜硝酸ナトリウムなどのオキソ酸の塩を用意すればよい。
【００１０】
次に、第２工程Ｓ１０２で、用意した化合物を金属構造体の表面に付着させる。このように、対象となる金属構造体の表面に上述した特性を持つ化合物を付着させることで、水分が存在する状態になるなど、金属構造体表面における水素イオンの還元反応が起こる状態になると、付着した化合物も還元反応を起こす状態となる。この結果、この反応系においては、水素イオンの還元反応が抑制されるようになり、結果として、金属構造体に対する水素の侵入が抑制されるようになる。化合物は、粉末（固体）の状態で付着させてもよく、また、溶液の状態で付着させてもよい。
【００１１】
次に、金属がおかれている環境に、上記化合物を存在させることで，水素侵入が抑制できることを示す実験結果について説明する。
【００１２】
まず、実験の実施において用いた測定装置について図２を用いて説明する。この測定装置は、測定対象の金属材料２０１と、容器２０２，容器２０３を備える。容器２０２には、第１電解質溶液２２１が収容され、第１電解質溶液２２１には、第１参照電極２２２および第１対極２２３が浸漬されている。一方、容器２０３には、第２電解質溶液２３１が収容され、第２電解質溶液２３１には、第２参照電極２３２および第２対極２３３が浸漬されている。各参照電極には、例えば、飽和ＫＣｌ溶液のＡｇ／ＡｇＣｌ電極を用いればよい。また、各対極は、例えば、Ｐｔから構成すればよい。
【００１３】
また、金属材料２０１は、対向する一方の面が、容器２０２の開口部２０２ａにおいて第１電解質溶液２２１に接触し、対向する他方の面が、容器２０３の開口部２０３ａにおいて第２電解質溶液２３１に接触している。
【００１４】
各電極における電位制御および電流測定は、ポテンショスタットを用いればよい。図２に示すように、第１参照電極２２２および第１対極２２３は、ポテンショスタット２２４に接続し、第２参照電極２３２および第２対極２３３は、ポテンショスタット２３４に接続する。また、作用電極となる金属材料２０１は、ポテンショスタット２２４およびポテンショスタット２３４に接続する。ポテンショスタット２２４は、電位掃引印加手段となり、ポテンショスタット２３４は、電流測定手段となる。
【００１５】
上述したように各電極を各ポテンショスタットに接続し、例えば、ポテンショスタット２２４により金属材料２０１と第１参照極２２２との間に印加する電圧を、走査（掃引）速度１ｍＶ／ｍｉｎで−５００ｍＶから−１５００ｍＶまで掃引する。このように掃引している状態で、ポテンショスタット２３４により、金属材料２０１と第２対極２３３との間に流れる電流を測定すると、第１電解質溶液２２１側から第２電解質溶液２３１側にかけて金属材料２０１を透過してきた水素が酸化することによる電流の変化が、観測されるようになる。なお、ポテンショスタット２２４では、金属材料２０１と第１参照電極２２２との間に印加する電圧を掃引する。また、ポテンショスタット２３４では、金属材料２０１の電位を第２対極２３３に対して一定とした状態で、金属材料２０１と第２対極２３２との間に流れる電流を測定する。
【００１６】
上述した測定装置を用いた測定において、この実験では、水素の侵入側となる第１電解質溶液２２１を、炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムとを溶解したｐＨ９．４〜９．８の緩衝液とし、水素検出側となる第２電解質溶液２３１は、１００ｍＭの水酸化ナトリウム水溶液とした。また、第１電解質溶液２２１には、上述した化合物として、亜硝酸ナトリウムを添加した場合と、無添加の場合との２つの状態を作製した。亜硝酸ナトリウムは、濃度を１０ｍＭとした。
【００１７】
また、試料となる金属材料２０１は、板厚１ｍｍ，１０ｍｍ角の板状の鋼材を用いた。実験条件は、水素侵入側の容器２０２では、電極電位を１ｍＶ／ｍｉｎの速度で−５００から−１５００ｍＶ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）に掃引した。また、水素検出側の容器２０３では、電極電位を＋１００ｍＶに保持し、この状態で検出される酸化電流を水素侵入側から鋼材に侵入した水素量（以下、水素透過電流）として検出した。
【００１８】
図３に、水素侵入側の電極電位に対する水素検出側で検出された水素透過電流密度を示す。図３において、白丸が亜硝酸ナトリウムを添加した場合を示し、黒丸が無添加の場合を示している。白丸に示す結果は、水素透過電流密度のバックグラウンド（例えば−１０００ｍＶから−５００ｍＶ）が十分に小さくなっていないが、この状態を考慮しても、水素侵入が始まる−８００ｍＶ以下の領域では、黒丸に比較して水素透過電流密度が低くなっている。この結果より分かるように、亜硝酸ナトリウムを添加することで、水素透過電流密度を抑制することができる。
【００１９】
図４に、水素侵入側の電極電位に対する水素侵入効率を示す。ここで、水素侵入効率は、水素検出側の水素透過電流を水素侵入側の還元電流で割った値と定義する。水素侵入が起こる−８００ｍＶ以下の領域では、黒丸で示す添加物のない溶液中では、水素侵入効率が最高２％程度となる。これに対し、白丸で示す亜硝酸ナトリウムを添加した溶液中では、水素侵入効率が０．０１％以下に抑えられている。
【００２０】
以上に説明した実験の結果について検討すると、鋼材の表面では、「ＮＯ2-＋５Ｈ2Ｏ＋６ｅ-→ＮＨ3＋７ＯＨ-」の化学反応（非特許文献３参照）による亜硝酸ナトリウムの還元が優先的となり、水（Ｈ2Ｏ）もしくは水素イオンの還元反応が抑制されていることが考えられる。この結果、鋼材表面における水素原子もしくはＨ2の生成が抑制され、鋼材に対する水素侵入が抑制されたものと考えられる。
【００２１】
以上に説明したように、本発明によれば、処理対象の金属構造体の表面で水に溶解することで、水素イオンの存在下で還元反応を起こす化合物を金属構造体の表面に付着させるようにしたので、金属構造体に対する水素の侵入が抑制できるようになる。水素の侵入のもととなる水素の発生は、金属構造体表面に水分（水の膜など）が存在している状態で起こるものであり、この状態では、化合物も水溶液の状態となり、還元反応を起こす状態となる。このように、化合物による還元反応が生じている環境では、水素イオンの還元反応が抑制されるようになり、水素の発生が抑制されるようになり、金属構造体に対する水素の侵入が抑制されるようになる。
【００２２】
本発明は、様々な環境下におかれている金属構造体に適用することが容易である。例えば，鉄筋コンクリートに対しては、前もってコンクリートに化合物を添加する形で金属に接するように存在させてもよい。また、設備にすでに組み込まれている鉄筋に対しては、化合物を塗布することで付着させるようにしてもよい。このように、本発明によれば、金属に添加物を加え、また熱処理を加えるなどの処理や、金属を新しい金属に置き換える更改などの必要がなく、より容易に金属の水素脆化が抑制できるようになる。
【００２３】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、化合物として亜硝酸ナトリウムを用いた例について説明したが、これに限るものではなく、例えば、ホウ酸ナトリウムやリン酸ナトリウムなどのオキソ酸の塩でも、同様の効果が確認されている。ただし、金属を腐食させる化合物は、好ましくない。また、上述では、水素イオン濃度に対して緩衝作用のある状態で実験を行ったが、この緩衝作用は必要なものではない。
【符号の説明】
【００２４】
２０１…金属材料、２０２…容器、２０２ａ…開口部、２０３…容器、２０３ａ…開口部、２２１…第１電解質溶液、２２２…第１参照電極、２２３…第１対極、２２４…ポテンショスタット、２３１…第２電解質溶液、２３２…第２参照電極、２３３…第２対極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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